超材料覆层高增益天线可显著提高微带天线增益及口径效率的特性，使得其在无线通信领域具有十分广阔的应用前景。然而传统的超材料覆层高增益天线增益带宽较窄，无法适应电磁波的宽频带传输要求，已成为此类天线迫切需要解决的问题之一。为此，本文对宽带超材料覆层高增益天线展开了相应的研究。文章首先从发展背景、研究现状以及发展趋势等方面对超材料覆层高增益天线进行了相应的概述，并对几种超材料的电磁特性以及它们在微波天线领域中的应用进行了简单介绍。再采用Fabry-Perot谐振腔模型对超材料覆层高增益天线进行相应的理论分析与研究，论述了实现宽带超材料覆层高增益天线的可行性。然后通过在双层FSS结构中引入弱谐振的方法，采用金属栅格型FSS与金属贴片型FSS的复合结构构造出能够在较宽频段内满足谐振条件的超材料覆层单元；再分别采用U型缝隙微带贴片天线与L型探针馈电微带贴片天线作为馈源构造出两种具有宽频带特性的超材料覆层高增益天线。其中，以型探针馈电微带贴片天线作为馈源的超材料覆层高增益天线相对工作带宽大于20%，且实测数据与仿真结果较为吻合，进一步验证了设计方案的合理性。文中同时还对准周期渐变结构在宽带超材料覆层高增益天线中的应用进行了初步研究，通过在超材料覆层下表面的金属栅格型FSS中引入渐变结构，实现了对天线增益的进一步提高。最后，本文也基于Fabry-Perot谐振腔模型对加载超材料覆层的阵列天线进行了研究。主要研究了超材料覆层对包含不同单元个数的阵列天线（包括直线阵与平面阵）的增益提高效果；并对加载超材料覆层后，阵列天线在不同波束扫描角度时所需的馈源相位差与增益变化情况进行了相应研究。